CN113465931A - 一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法 - Google Patents
一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113465931A CN113465931A CN202110645619.8A CN202110645619A CN113465931A CN 113465931 A CN113465931 A CN 113465931A CN 202110645619 A CN202110645619 A CN 202110645619A CN 113465931 A CN113465931 A CN 113465931A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- section
- low
- experimental
- membrane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000035939 shock Effects 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 16
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 58
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 38
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 51
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 26
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 9
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 9
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 238000009958 sewing Methods 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 8
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 230000008384 membrane barrier Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/14—Testing gas-turbine engines or jet-propulsion engines
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M15/00—Testing of engines
- G01M15/02—Details or accessories of testing apparatus
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
本发明公开了一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法，包括顺序同轴连接的高压驱动段、双模破膜机构、锥型过渡段和低压实验段，其中，所述高压驱动段与双膜破膜机构同轴连接，且高压驱动段与双膜破膜机构之间采用膜片阻隔；所述双膜破膜机构与锥型过渡段的细径端口处同轴连接，且双膜破膜机构与锥型过渡段之间采用膜片阻隔；所述锥型过渡段粗径端口处与低压实验段同轴连接，可匹配传统激波管产生的高强激波，又可克服传统激波管无法稳定阻隔高压驱动段和低压实验段的缺陷，有效获得近空间飞行器超低压自点火延迟的准确测量。
Description
技术领域
本发明属于临近空间飞行器点火和燃烧技术领域，涉及一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法。
背景技术
临近空间兼具航空空间和外层空间诸多飞行优势，是未来空间作战兵家必争之地。自点火延迟特性是超燃冲压发动机、涡轮机组合发动机等临近空间主流飞行器的设计关键，其实验上的准确表征直接关乎临近空间飞行器燃烧稳定性和运行可靠性。
高空大气稀薄，常规飞行高度(32km)下空气密度只有地面百分之一，飞行进气压力极低，自点火精准测量困难。传统激波驱动自点火技术要么无法实现1bar以下点火延迟测量，要么获得的实验结果精度较低，给该类型发动机燃烧室设计带来挑战。
发明内容
为了解决近空间飞行器超低压环境自点火准确表征难题，本发明提出了一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法，该方法既可匹配传统激波管产生的高强激波，又可克服传统激波管无法稳定阻隔高压驱动段和低压实验段的缺陷，有效获得近空间飞行器超低压自点火延迟的准确测量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提出一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法，与传统等截面激波管不同，新构型管体使用由细到粗变截面驱动方式，在产生相同自点火温度和压力环境下，可有效提升高压驱动段和低压实验段压差，使得破膜压力显著提升，降低超低压自点火实验对膜片材料的依赖，提高实验质量和可靠性。本发明提出的变截面激波驱动技术可有效形成高温但远低于驱动气压力的自点火环境，根据目标飞行器实际运行环境，灵活调整高压驱动段和低压实验段截面比例，实现超低压自点火延迟实验测量。该方法操作简单，实验结果保真度高、重复性强，为近空间飞行器燃烧室设计提供必要的数据支撑。
本发明提出一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法，引入细高压驱动段结构，显著提升驱动气体压力，有效解决了低压实验对破膜材料的强依赖以及低压薄膜片引起的密封差问题。
本发明提出一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法，可形成灵活可调的低压实验段和高压驱动段截面比例，满足近空间飞行器不同飞行高度自点火压力实验需求。
本发明提出一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法，通过采用由细到粗的驱动方式有效降低对高值驱动气氦气的使用量，兼顾了实验可靠性、实验便捷性和实验成本，为超低压点火延迟准确测量提供可行方案，支撑临近空间飞行器燃烧室设计。
附图说明
图1为相同自点火环境下，传统方式和本发明驱动压力对比，图中，高压驱动段和低压实验段截面积比为1/2时。
图2为本发明提出一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法。
1、高压驱动段，2、双模破膜机构，3、锥形过渡段，4、低压实验段，5、第一压力传感器，6、第二压力传感器，7、信号转换器，8、数据采集器，9、混气罐，10、真空泵组，11、强驱动气体，12、缝合驱动气体，13、共轨管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明。
参见图2说明本发明实施例，使其技术方法内容更加清楚便于理解。本实施方案所述的一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法，包括：高压驱动段1，双模破膜机构2，锥型过渡段3，低压实验段4，第一压力传感器5，第二压力传感器6，信号转换器7，数据采集器8，混气罐9，真空泵组10，强驱动气体11，缝合驱动气体12，共轨管路13。
本发明一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法利用无焊高强法兰将高压驱动段1、双模破膜机构2、锥型过渡段3和低压实验段4同轴连接。所述高压驱动段1与双膜破膜机构2、双膜破膜机构2与所述锥型过渡段3均设置膜片阻隔，所述低压实验段4末端安置若干等间距第一压力传感器5，以及第二压力传感器6，所述第一压力传感器5和第二压力传感器6的输出信号通过信号转换器7传输至数据采集器8，所述高压驱动段1、双模破膜机构2、锥型过渡段3和低压实验段4通过阀门连接至共轨管路13，所述共轨管路13连接用于高压驱动段1进气的强驱动气体气瓶11、缝合驱动气体气瓶12、用于低压实验段4进气的混气罐9以及用于所述高压驱动段1，双模破膜机构2，锥型过渡段3，低压实验段4以及混气罐9抽真空的真空泵组10。
在本发明的某一实施例中，由一维激波方程计算目标工况高压驱动气体(氦气或者氦气与氮气混合气)压力和低压实验气体(低压实验气体在混气罐9中预先混合)压力，利用双膜破膜机构2放入两张阻隔膜片。
在本发明的某一实施例中，利用真空泵组10分别将高压驱动段1、双膜破膜机构2、锥形过渡段3和低压实验段4抽至真空状态。向双模破膜机构2、高压驱动段1充入强驱动气体气瓶中的氦气和缝合驱动气体气瓶中的氮气，当所充压力约为目标工况高压驱动气体压力一半时，关闭双模破膜机构2处阀门停止充气。
继续向高压驱动段1充入强驱动气体气瓶中的氦气和缝合驱动气体气瓶中的氮气，直至高压驱动段1中压力与激波方程计算值符合。将混气罐9中预混好的实验气体经共轨管路13向低压实验段4充气至一维激波方程计算压力。
在本发明的某一实施例中，保证高压驱动段1与双模破膜机构2之间压差、双模破膜机构2与低压实验段4之间压差均略小于膜片破膜许用压力，保证实验前管体各部分流体状态不变。将数据采集器8设置为等待触发状态，完成破膜前的实验准备。
在本发明的某一实施例中，迅速释放双模破膜机构2中气体至环境压力，高压驱动段1和双模破膜机构2之间压差超过膜片许用破膜压力，膜片瞬间破裂。由流体压力突变产生的平面激波将沿管体轴线经锥形过渡段3向低压实验段4方向传播。
待测实验气体的温度和压力在激波作用下瞬间提升，当激波到达第一压力传感器5的位置时，经由信号转换器7的压力信号被数据采集器8采集，并记录待测实验气体在激波作用后的压力变化。
激波到达到低压实验段4末端后发生端面反射，待测实验气体的温度和压力二次提升，达到目标工况，利用第二压力传感器6采集的压力变化便可获得待测实验气体自点火延迟时间。
在本发明的实施例中，由于高压驱动段1到低压实验段4至今设置有截面由细到粗的变截面锥形过渡段3，使得激波锋面前/后流体压比较等截面结构增加，获得较高压驱动段气体压力更低的自点火压力准绝热环境，实现超低压自点火的精准测量。如图1所示，当高压驱动段和低压实验段截面积比为1/2时，以氩气作为待测实验气体，目标温度为1500K，目标压力为0.3atm时，传统方式驱动压力为46.15kPa，新方法为136.96kPa，变截面激波驱动方法提升了近3倍驱动压力差异。该条件下，常规膜片便可实现超低压自点火测量，有效地解决了传统方式低压自点火实验时对膜片材料的强依赖性和破膜困难问题。
此外，变截面驱动段较等截面驱动段截面减少1/2，在相同长度高压驱动段条件下，体积减少为原来的1/4，进气压力增大3倍，由理想气体状态方程可知，相同目标工况下，变截面激波驱动下驱动气体(氦气)消耗量为传统等截面的0.74，减少对高值氦气的消耗。
本发明利用由细到粗的变截面驱动方法获得相同入射激波强度下获得以变截面积比近比例缩小的自点火初始压力，有效解决了传统等截面驱动方式难以实现低压有效破膜的难题，为空天发动机超低压自点火延迟测量提供可靠实验方法。
Claims (10)
1.一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置，其特征在于：包括顺序同轴连接的高压驱动段(1)、双模破膜机构(2)、锥型过渡段(3)和低压实验段(4)，其中；
所述高压驱动段(1)与双膜破膜机构(2)同轴连接，且高压驱动段(1)与双膜破膜机构(2)之间采用膜片阻隔；所述双膜破膜机构(2)与锥型过渡段(3)的细径端口处同轴连接，且双膜破膜机构(2)与锥型过渡段(3)之间采用膜片阻隔；所述锥型过渡段(3)粗径端口处与低压实验段(4)同轴连接。
2.根据权利要求1所述的变截面激波诱导超低压自点火实验装置，其特征在于：所述高压驱动段(1)的内径与双膜破膜机构(2)内径相同；所述双膜破膜机构(2)的内径与锥型过渡段(3)细径端口处内径相同，所述低压实验段(4)的内径和锥型过渡段(3)粗径端口内径相同。
3.根据权利要求1所述的变截面激波诱导超低压自点火实验装置，其特征在于：所述高压驱动段(1)与双模破膜机构(2)之间压差、双模破膜机构(2)与低压实验段(4)之间压差均小于膜片破膜许用压力。
4.根据权利要求1所述的变截面激波诱导超低压自点火实验装置，其特征在于：低压实验段(4)的末端设置有压力传感器，所述压力传感器的信号输出端通过信号转换器(7)连接至数据采集器(8)，所述数据采集器(8)用于采集压力传感器收集的电压信号。
5.根据权利要求4所述的变截面激波诱导超低压自点火实验装置，其特征在于：所述压力传感器包括第一压力传感器(5)和第二压力传感器(6)的输出信号通过信号转换器(7)传输至数据采集器(8)；且第一压力传感器(6)设置在实验段(5)的侧壁上，所述第二压力传感器(7)设置在实验段(5)的末端。
6.根据权利要求1所述的变截面激波诱导超低压自点火实验装置，其特征在于：所述高压驱动段(1)、双模破膜机构(2)、锥型过渡段(3)和低压实验段(4)通过阀门连接至共轨管路(13)，所述共轨管路(13)连接用于高压驱动段(1)进气的强驱动气体气瓶(11)、缝合驱动气体气瓶(12)、用于低压实验段(4)进气的混气罐(9)。
7.根据权利要求6所述的变截面激波诱导超低压自点火实验装置，其特征在于：所述共轨管路(13)连接有用于所述高压驱动段(1)，双模破膜机构(2)，锥型过渡段(3)，低压实验段(4)以及混气罐(9)抽真空的真空泵组(10)。
8.根据权利要求1所述的变截面激波诱导超低压自点火实验装置，其特征在于：所述高压驱动段(1)和低压实验段(4)截面积比为1/2。
9.根据权利要求1所述的变截面激波诱导超低压自点火实验装置，其特征在于：所述高压驱动段(1)、双模破膜机构(2)、锥型过渡段(3)和低压实验段(4)之间通过无焊高强法兰同轴连接。
10.一种变截面激波诱导低压自点火实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，使用真空泵组(10)分别将高压驱动段(1)、双膜破膜机构(2)、锥形过渡段(3)和低压实验段(4)抽至真空状态；然后，向双模破膜机构(2)、高压驱动段(1)充入强驱动气体气瓶中的氦气和缝合驱动气体气瓶中的氮气，当所充气体压力为目标工况高压驱动气体压力一半时，关闭双模破膜机构(2)处阀门停止充气；
步骤S2，向高压驱动段(1)中继续充入强驱动气体气瓶中的氦气和缝合驱动气体气瓶中的氮气，直至高压驱动段(1)中压力符合激波方程的计算值；将混气罐(9)中预混好的实验气体经共轨管路(13)向低压实验段(4)充气至一维激波方程计算压力；将数据采集器(8)设置为等待触发状态；
步骤S3，迅速释放双模破膜机构(2)中气体至环境压力，高压驱动段(1)和双模破膜机构(2)之间压差超过膜片许用破膜压力，膜片瞬间破裂，由流体压力突变产生的平面激波将沿管体轴线经锥形过渡段(3)向低压实验段(4)方向传播；
步骤S4，待测实验气体的温度和压力在激波作用下瞬间提升，当激波到达第一压力传感器(5)的位置时，经由信号转换器(7)的压力信号被数据采集器(8)采集，并记录待测实验气体在激波作用后的压力变化；激波到达到低压实验段(4)末端后发生端面反射，待测实验气体的温度和压力二次提升，达到目标工况，利用第二压力传感器(6)采集的压力变化便可获得待测实验气体自点火延迟时间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110645619.8A CN113465931A (zh) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | 一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110645619.8A CN113465931A (zh) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | 一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113465931A true CN113465931A (zh) | 2021-10-01 |
Family
ID=77869495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110645619.8A Pending CN113465931A (zh) | 2021-06-09 | 2021-06-09 | 一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113465931A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114264447A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-01 | 西安交通大学 | 一种注射式激波管及方法 |
| CN114509229A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-17 | 南京理工大学 | 一种带多孔间隔段的激波管及其设计方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5197323A (en) * | 1990-07-13 | 1993-03-30 | Sparta, Inc. | Pebble-bed heater and shock tube assembly |
| US6763696B1 (en) * | 2001-01-17 | 2004-07-20 | Baker Engineering And Risk Consultants, Inc. | Shock tube |
| CN107806977A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-16 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | 一种组合式宽马赫数高焓脉冲风洞管体结构 |
| CN110686902A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-01-14 | 西安交通大学 | 一种诱发强激波的分阶段进气装置及方法 |
-
2021
- 2021-06-09 CN CN202110645619.8A patent/CN113465931A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5197323A (en) * | 1990-07-13 | 1993-03-30 | Sparta, Inc. | Pebble-bed heater and shock tube assembly |
| US6763696B1 (en) * | 2001-01-17 | 2004-07-20 | Baker Engineering And Risk Consultants, Inc. | Shock tube |
| CN107806977A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-03-16 | 中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所 | 一种组合式宽马赫数高焓脉冲风洞管体结构 |
| CN110686902A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-01-14 | 西安交通大学 | 一种诱发强激波的分阶段进气装置及方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114264447A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-01 | 西安交通大学 | 一种注射式激波管及方法 |
| CN114264447B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-05-05 | 西安交通大学 | 一种注射式激波管及方法 |
| CN114509229A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-05-17 | 南京理工大学 | 一种带多孔间隔段的激波管及其设计方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113465931A (zh) | 一种变截面激波诱导超低压自点火实验装置和方法 | |
| CN103712744B (zh) | 正阶跃力试验系统 | |
| CN107976295A (zh) | 一种2m量级自由活塞驱动的高焓激波风洞 | |
| CN110686902A (zh) | 一种诱发强激波的分阶段进气装置及方法 | |
| CN110749445B (zh) | 一种利用爆轰驱动技术的冲压发动机直连式试验装置 | |
| CN208672312U (zh) | 模拟高空的低温低压试验舱 | |
| CN101709987B (zh) | 一种用线性真空计测量真空容器容积比的装置及方法 | |
| CN111366263B (zh) | 一种基于激波管的tdlas测温的高温标定设备及方法 | |
| WO2019134645A1 (zh) | 模拟两级增压压端/涡端旁通对喷雾特性影响的装置和方法 | |
| CN213392904U (zh) | 一种高模试验超声速空气引射器 | |
| CN104727979B (zh) | 固液火箭发动机试验用高压自增压系统 | |
| CN205785801U (zh) | 一种限压阀开启压力干式试验装置 | |
| CN110579423A (zh) | 一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统 | |
| CN219955038U (zh) | 一种机载高压氦气瓶阀组件 | |
| CN102426215B (zh) | 一种固体推进剂裂纹扩展试验装置 | |
| CN106134436B (zh) | 航天器推进剂气体流量测量装置 | |
| CN111350721A (zh) | 一种压力波在油液中传播速度的测试装置 | |
| CN103048100A (zh) | 全自动汽车发动机气缸盖气门密封性检测设备 | |
| Li et al. | Reliability improvement of the piston compressor in FD-21 free-piston shock tunnel | |
| CN109959754A (zh) | 固体推进剂超高压燃速测试压强平衡调节系统 | |
| CN111853530A (zh) | 一种用于车载氢系统的检测装置及其检测方法 | |
| CN203824758U (zh) | 发动机燃料腔抽真空充填系统 | |
| CN210719710U (zh) | 一种诱发强激波的分阶段进气装置 | |
| Zhixian et al. | Experiments and computations on the compression process in the free piston shock tunnel FD21 | |
| CN115614489A (zh) | 可重复测试的瞬移气动装置及应用方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211001 |